DE3528492A1

DE3528492A1 - Verfahren zum schuetzen von elektrischen bauteilen

Info

Publication number: DE3528492A1
Application number: DE19853528492
Authority: DE
Inventors: Armin Dipl Ing Knecht; Hubert Herrmann
Original assignee: RESICOAT GmbH
Current assignee: RESICOAT GmbH
Priority date: 1985-08-08
Filing date: 1985-08-08
Publication date: 1987-02-12

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruches. Es ist bekannt, elektrische Bauteile wie z. B. Anker, Statoren oder ähnliche Teile von elek trischen Maschinen, die Drahtwicklungen aufweisen, mit einem vorzugsweise flüssigen Kunstharz zu imprägnieren, um einen Zusammenhalt des Windungspaketes zu gewährleisten. Flüssige Kunstharze werden für diesen Zweck deshalb be vorzugt benutzt, weil es notwendig ist, daß das Kunst harz in das Wicklungspaket eindringt, wozu eine ausreichend geringe Viskosität notwendig ist, die bei pulverförmigen Beschichtungssystemen normalerweise nicht erreicht werden. Aus der US-PS 28 37 669 ist es darüber hinaus bekannt, die Imprägnierschicht derartiger Bauteile mit einer zwei ten Schicht eines lufttrocknenden Organopolysiloxan harzes zu beschichten, wobei aber auch diese Schicht in Form einer Lösung mit etwa 10% Harzanteil angewendet wird. Der Zweck dieser zweiten Schicht ist ein Schutz gegen Nässe und salzhaltige Atmosphären. Mit einem solchen Verfahren sind lediglich dünnere Schichtdicken zu erreichen, die weder eine ausreichende Festigkeit bei hoher Temperaturbelastung aufweisen noch den Belastungen des Wicklungspaketes durch hohe Drehzahlen, wie sie bei spielsweise bei schnellaufenden Elektromotoren auftreten, standhalten.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vor teil, daß sich mit ihm ein umweltfreundliches Beschich tungsverfahren verwenden läßt, weil es gelungen ist, Beschichtungspulver zu finden, die in der Verlaufs phase eine so geringe Viskosität aufweisen, daß sie während dieser Phase in das Wicklungspaket einzudringen vermögen. Der aus dem Beschichtungspulver entstehende Über zug weist eine sehr gute Warmfestigkeit auf, das Ver fahren ist in seiner Handhabung wesentlich einfacher und es werden flüssige Zweikomponentensysteme mit der ihnen eigenen begrenzten Tropfzeit vermieden. Schließ lich härtet das Beschichtungspulver sehr schnell aus und es läßt sich nahezu verlustlos ausnutzen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Beson ders vorteilhaft ist die Verwendung eines duroplastischen Beschichtungspulvers, wie es im Anspruch 4 angegeben ist, da dieses sich durch eine besonderes geringe Viskosität in der Verlaufsphase auszeichnet, so daß es möglichst weit in das Wicklungspaket eindringt. Bei einer besonderen Beanspruchung bezüglich der Drehzahl und der zu erwarten den Temperaturen ist es besonders vorteilhaft, wenn auf diese erste duroplastische Harzschicht eine zweite Harz schicht aufgebracht wird, bei deren Applikation aber das Minimum der Viskosität während der Verlaufsphase um min desten den Faktor 10 über dem Minimum der Viskosität des ersten Beschichtungspulvers liegt. Damit wird sichergestellt, daß sich diese Schicht auf das gesamte Wicklungspaket legt und somit einen guten Abrasions schutz sowie einen mechanischen Schutz gegen Staub und Abrieb bildet, darüber hinaus aber auch dazu beiträgt, die Wicklung zusätzlich mechanisch zu halten und noch besser gegen Feuchtigkeit zu schützen. Ein besonders bevorzugtes duroplastisches Beschichtungspulver ist im Anspruch 8 angegeben. - Bezüglich der Applikation der Schichten ist es besonders vorteilhaft, wenn die Vor wärmung der zu beschichtenden Drahtwicklung durch Wider standserwärmung erfolgt, indem man durch die Drahtwick lungen einen Strom fließen läßt. Die Beschichtung selbst erfolgt bei beiden Schichten am vorteilhaftesten in bzw. über einem Wirbelsinterbecken, sie kann aber in vorteil hafter Weise auch durch elektrostatische Pulverbeschich tung oder Aufblasen erfolgen. Durch Drehen der zu beschich tenden Bauteile wird eine besonders gleichmäßige Beschich tung erzielt. Sollen beide Schichten appliziert werden, so können diese unmittelbar nacheinander aufgebracht werden, da durch die höhere minimale Viskosität des zwei ten Beschichtungspulvers in der Verlaufsphase die bei den Schichten zwar gut aneinander haften, aber praktisch nicht ineinander eindringen.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem ein mit Kupferdraht bewickelter Anker zunächst mit Hilfe einer ersten Kunstharzschicht imprägniert und daran anschließend mit einer zweiten Kunstharzschicht darüber zusätzlich geschützt wird.

Zunächst wird für das Imprägnierharz aus folgenden Roh stoffen ein Epoxidharz hergestellt:

- 82,5 Gew.-% Harz auf Basis Bisphenol A-Epichlor hydrin mit einem Epoxyäquivalentgewicht von 600- 700 und einem Durran-Schmelzbereich von 77-85°C
- 10,0 Gew.-% Harz auf Basis Bisphenol A-Epichlor hydrin mit einem Epoxyäquivalentgewicht von 182- 194 und einer Viskosität bei 25°C von 10 bis 15 Pa · i
- 6,5 Gew.-% Dicyandiamid mit einem Aschegehalt ≦ 0,05% und einer Körnung von ≧ 99,5% kleiner 75 µm und einem Schüttgewicht von ca. 200 g/l
- 1.0 Gew.-% eines Verlaufsmittels auf Basis Acrylpolymer mit der Bezeichnung "Modaflow".

Die Herstellung dieses Harzes erfolgt auf die in der Kunststofftechnik bekannten Weise. Das so gewonnene Epoxidharzsystem wird auf eine Korngröße von mindestens 60% unter 125 µm gemahlen und in einem Wirbelsinter becken mittels Luft fluidisiert.

Die auf 180°C widerstandserwärmte Wicklungspackung des Ankers wird nun unter drehender Bewegung über dem Wir belsinterbecken mit konstanter Fluidisierhöhe abgerollt, wie dies in der DE-OS 35 26 723 näher beschrieben ist. Nach diesem Vorgang, der ca. 10 Sekunden dauert, wer den die so imprägnierten Teile, wenn sie nicht mit einer zweiten Schicht versehen werden sollen, bei 200°C Um lufttemperatur 30 Minuten lang ausgehärtet. An einem solchen Anker wurden die folgenden Prüfergebnisse ge funden: Die Haftung sowohl auf lackiertem Kupferdraht als auch auf der pulverbeschichteten Nutisolation ist sehr gut; der Verlauf ist glatt und porenfrei; das Schmelzviskositätsminimum liegt bei einer durchschnitt lichen Aufheizgeschwindigkeit des Pulverlacks von 200 K/min bei 2,2.10^-2 Pa · s; der Glasübergangspunkt Tg (aus TMA-Aus dehnungskoeffizient) liegt bei 109° C; die Gel-Zeit bei 200°C nach DIN 55 990, Teil 8 beträgt 90 sec, die Norton- Ablaufstrecke bei 180°C ist größer als 120 mm. Diese Norton-Ablaufstrecke wird wie folgt gemessen: Man preßt eine Tablette von 0,5 g, bringt sie auf einer Glasplatte in einen Umluftofen bei der genannten Temperatur waage recht für 1,5 Sekunden, dann wird die Glasplatte mit 60° gegen die Waagerechte für drei Minuten schräggestellt. Als Ablaufstrecke wird die Laufstrecke inklusive der Tablette angegeben.

In dem Fall, daß der ersten Beschichtung eine zweite fol gen soll, braucht man die erste Schicht nicht extra aus zuhärten, nach dem Aufbringen der ersten Schicht wird die Wicklungspackung des Ankers vielmehr erneut auf 180°C gebracht und abermals in ein Wirbelsinterbecken getaucht. Dieses zweite Wirbelsinterbecken ist mit einem Beschich tungspulver gefüllt, das aus den folgenden Rohstoffen her gestellt wird:

- 50 Gew.-% Harz auf Basis Bisphenol A-Epichlorhydrin mit einem Epoxyäquivalentgewicht von 875-975 und einem Durran-Schmelzbereich von 95-105°C
- 5,2 Gew.-% Trimellithsäureanhydrid mikronisiert mit einer Körnung von 97-100% kleiner 63 µm
- 42,8 Gew.-% Bariumsulfat mit einer Ölzahl von 15-16, einem mittleren Teilchendurchmesser von 1 µm und einer Dichte von 4,4 g/cm³
- 1,0 Gew.-% eines Tixotropiermittels auf Asbest basis mit einer maximalen Faserlänge von 5 µm.

Auch hier wird das Beschichtungspulver auf die in der Kunst stofftechnik bekannte Weise hergestellt und auf eine Kör nung von mindestens 60% unter 125 µm gemahlen und in dem oben genannten Wirbelsinterbecken mittels Luft fluidi siert. Für das Aufbringen dieser zweiten Schicht ist es günstig, den Anker vollständig in das Wirbelsinterbecken einzutauchen, weshalb es angezeigt ist, die Lamellen des Kommutators durch eine entsprechende Abdeckung vor der Beschichtung zu schützen. Der wie oben beschrieben vor gewärmte und bereits imprägnierte Anker wird nun unter oszillierender Bewegung in dieses Wirbelsinterbecken für ca. 3 Sekunden eingetaucht. Das auf dem Anker angesin terte und bei der Entnahme aufgeschmolzene Beschichtungs pulver sowie die im ersten Verfahrensschritt aufgebrachte Imprägnierschicht werden nun 200°C Umlufttemperatur ge meinsam 30 bis 40 Minuten lang ausgehärtet.

An dieser äußeren Schutzschicht wurden die folgenden Prüf ergebnisse gefunden: Der Verlauf ist glatt und porenfrei, die Haftung auf der ersten Schicht, der Imprägnierschicht, ist sehr gut; das Schmelzviskositätsminimum liegt bei einer durchschnittlichen Aufheizgeschwindigkeit des Pul verlacks von 200 K/min bei 1,66 Pa · s; der Glasübergangs punkt Tg (aus TMA-Ausdehnungskoeffizient) liegt bei 108°C, die Gel-Zeit bei 200°C bei 125 sec und die oben näher beschriebene Norton-Ablaufstrecke bei 180° C liegt hier bei nur 16 mm.

Ein Anker, der auf die beschriebene Weise behandelt wurde, bleibt sowohl bei Temperaturen von 130°C als auch bei hohen Drehzahlen von etwa 30 000 U/min noch voll funktions fähig, da die bei der Rotation auftretenden, auf die Wick lung einwirkenden Fliehkräfte voll von der äußeren Epoxid harzschicht aufgefangen werden.

Es sei noch erwähnt, daß die zuletztgenannte Schutz schicht nicht nur dann vorteilhaft ist, wenn das Wick lungspaket mit Hilfe des genannten, niedrigviskosen Beschichtungspulvers imprägniert wird, sondern daß dieses höherviskose Beschichtungspulver auch dann eingesetzt werden kann, wenn die Drahtwicklung entweder mit einem Flüssigharz imprägniert wurde, oder wenn, was insbeson dere für weniger hochbelastete Maschinen möglich ist, für die Wicklung ein Backlackdraht verwendet wurde, der nach der oben angegebenen Widerstandserhitzung ausreichend zusammenklebt und bei dem es dann nur noch notwendig ist, die äußere Schutzschicht aufzubringen.

Claims

1. Verfahren zum Schützen von elektrischen Bauteilen, die Drahtwicklungen aufweisen, durch Aufbringen mindestens einer duroplastischen Harzschicht in Pulverform, wobei vor dem Aufbringen das Bauteil vorgewärmt und gegebenen falls nach dem Aufbringen die Schicht nachgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein duroplastisches Beschich tungspulver auf Epoxidharzbasis aufgebracht wird, daß in der Verlaufsphase ein Minimum der Viskosität unter 10 Pa · s aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das duroplastische Beschichtungspulver in der Verlaufs phase ein Minimum der Viskosität unter 1 Pa · s aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß das duroplastische Beschichtungspulver herge stellt wird aus einem unsubstituierten oder substituierten Epoxidharz auf der Basis von: Bisphenol A-Epichlorhydrin, epoxidiertem Phenolnovolak, epoxidiertem Kresolnovolak, Trisglycidylisocyanurat einzeln oder gemeinsam und einem Härter aus der Gruppe Dicyandiamide, Amidine, Carbonsäuren mit zwei oder mehr Carboxylgruppen, Carbonsäureanhydride, Anhydridaddukte, Härtern mit zwei oder mehr phenolischen Hydroxylgruppen, Härtern mit zwei oder mehr an Benzol ringe gebundenen Aminogruppen sowie gegebenenfalls üblichen Zusätzen wie Pigmente, Füllstoffe, Additiven.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das duroplastische Beschichtungspulver hergestellt wird aus

- 70-90 Gew.-% Harz auf Basis Bisphenol A-Epichlorhydrin mit einem Epoxyäquivalentgewicht von 500-1000 und einem Durran-Schmelzbereich von 70-110°
- 0-15 Gew.-% Harz auf Basis Bisphenol A-Epichlorhydrin mit einem Epoxyäquivalentgewicht von 182-194 und einer Viskosität bei 25°C von 10-15 Pa · s
- 5-10 Gew.-% Dicyandiamid mit einem Aschegehalt ≦ 1% und einer Körnung von ≧95 Gew.-% <75 µm und einem Schüttgewicht von ca. 200 g/l
- 0,3-2,0 Gew.-% eines Verlaufsmittels auf Basis Acryl polymer.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das Aufbringen eines weiteren duro plastischen Beschichtungspulvers auf Expoxidharzbasis, wobei dieses weitere Beschichtungspulver in der Verlaufs phase ein Minimum der Viskosität erreicht, das mindestens um den Faktor 10 über dem Minimum der Viskosität des ersten Beschichtungspulvers oder eines stattdessen benutzten Flüssigharzes liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere duroplastische Beschichtungspulver in der Ver laufsphase ein Minimum der Viskosität erreicht, daß min destens um den Faktor 60 über dem Minimum der Viskosi tät des ersten Beschichtungspulvers oder eines stattdessen benutzten Flüssigharzes liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich net, daß das weitere duroplastische Beschichtungspulver hergestellt wird aus einem unsubstituierten oder substituier ten Epoxidharz auf Basis von: Bisphenol A-Epichlorhydrin, epoxidiertem Phenolnovolak, epoxidiertem Kresolnovolak, Trisglycidylisocyanurat, einzeln oder gemeinsam, und einem Härter aus der Gruppe Dicyandiamide, Amidine, Carbonsäuren mit zwei oder mehr Carboxylgruppen, Carbonsäureanhydride, Anhydridaddukte, Härtern mit zwei oder mehr phenolischen Hydroxylgruppen, Härtern mit zwei oder mehr an Benzolringe gebundenen Aminogruppen sowie gegebenenfalls üblichen Zu sätzen wie Pigmente, Füllstoffe, Additiven.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das duroplastische Beschichtungspulver hergestellt wird aus

- 40-70 Gew.-% Harz auf Basis Bisphenol A-Epichlorhydrin mit einem Epoxyäquivalentgewicht von 500-1000 und einem Durran-Schmelzbereich von 70 bis 110°C
- 3-10 Gew.-% Trimellithsäureanhydrid mikronisiert mit einer Körnung von 97-100% kleiner 63 µm
- 30-50 Gew.-% Bariumsulfat mit einer Ölzahl von 10-20, einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,1-10 µm und einer Dichte von 4,0-5,0 g/cm³
- 0-5 Gew.-% eines Tixotropierungsmittels auf Asbest basis mit einer maximalen Faserlänge von 3-10 µm.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Beschichtungspulver auf die noch nicht vollständig ausgehärtete erste Harz schicht aufgebracht wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Beschichtungspulver in einer solchen Menge aufgebracht wird, daß die daraus gebildete Schicht eine Dicke von 50 bis 3000 µm, vor zugsweise von 80 bis 300 µm aufweist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vorwärmung der Bauteile auf 100 bis 300 °C, vorzugsweise auf 150 bis 250°C.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmung mittels Stromfluß durch die Draht wicklungen des Bauteils erfolgt.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die duroplastischen Be schichtungspulver in einem Wirbelsinterbecken, durch elektrostatische Pulverbeschichtung oder durch Auf sprühen mittels Düsen aufgebracht werden.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile während der Beschichtung gedreht werden.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachhärttemperatur min destens so hoch liegt wie die Temperatur der Vorwärmung.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasübergangspunkt der Beschichtung bzw. der Beschichtungen, gemessen über den Ausdehnungskoeffizienten durch thermomechanische Analyse, über 100 °C liegt.